Po sukcesie filmu Room, Larson zagrała główną rolę w Free Fire (2016), komedii akcji o strzelaninie w magazynie. Zgodziła się na ten projekt, aby zwrócić uwagę na przemoc z użyciem broni. Eric Kohn z IndieWire zauważył, jak bardzo rola Larson różniła się od tej z Room i dodał, że jej „biznesowa postawa po raz kolejny udowadnia jej zdolność do dowodzenia sceną za pomocą jednego spojrzenia”. Komercyjnie film nie zwrócił zainwestowanych 7 milionów dolarów. Larson wystąpiła również w komedii Todda Solondza Wiener-Dog, ale rola została wycięta, gdy Solondz uznał, że jej postać nie jest istotna dla fabuły. W następnym roku Larson zagrała w drugiej części serii MonsterVerse, zatytułowanej Kong: Wyspa Czaszki, w której wystąpili Tom Hiddleston i Samuel L. Jackson. W filmie, którego akcja toczy się w Wietnamie, aktorka wcieliła się w rolę fotoreporterki z lat 70. Był to jej pierwszy wielkobudżetowy projekt i choć cieszyła się, że zagrała rolę, której nie definiuje jej wygląd, ubolewała nad brakiem kobiet w obsadzie. Ann Hornaday z The Washington Post chwaliła efekty wizualne filmu i uznała, że „Larson radzi sobie sama, mając niewiele do roboty”. Kong: Skull Island był sukcesem komercyjnym, zarabiając ponad 566 milionów dolarów na całym świecie.
Larson promująca Kapitan Marvel w 2019
Później w 2017 roku Larson sportretowała Jeannette Walls w The Glass Castle, adaptacji pamiętnika Walls, która ponownie połączyła ją z Destinem Danielem Crettonem. Film opowiada historię relacji młodej kobiety z jej nonkonformistycznymi rodzicami (granymi przez Woody’ego Harrelsona i Naomi Watts). Larson spodobał się złożony obraz relacji rodzic-dziecko, utożsamiający się z tematem przebaczenia. Ściśle współpracowała z Walls i jej rodzeństwem, obserwując ich manieryzmy. Peterowi Bradshawowi z The Guardian nie podobał się sentymentalizm filmu, ale zauważył, że „ratuje go, tylko trochę, solidność obecności Brie Larson”. Słabo przyjęty został również osadzony w Indiach muzyczny romans Basmati Blues, projekt, który nakręciła jeszcze w 2013 roku, a który został skrytykowany w mediach społecznościowych za narrację białego zbawcy. Na Międzynarodowym Festiwalu Filmowym w Toronto w 2017 roku ukazał się pełnometrażowy debiut reżyserski Larson, komediodramat Unicorn Store, w którym zagrała również główną rolę. Został on później wybrany do dystrybucji cyfrowej przez Netflix w 2019 roku. Zagrała w nim rozczarowaną studentkę sztuki zafascynowaną jednorożcami. Larson bezskutecznie przesłuchiwała w 2012 roku, aby zagrać w filmie, kiedy Miguel Arteta został dołączony do reżyserii. Po tym jak produkcja utknęła w martwym punkcie, Larson otrzymała propozycję wyreżyserowania filmu i zagrania w nim głównej roli. Przyciągnęła ją fantazyjna narracja i znalazła połączenie między podróżą swojej bohaterki a jej doświadczeniem jako reżyserki. David Ehrlich z IndieWire nie lubił filmu, ale zwrócił uwagę na potencjał Larsona jako filmowca.
Po rocznej nieobecności na ekranie, Larson wystąpił jako Carol Danvers / Captain Marvel w filmie superbohaterskim Marvel Cinematic Universe Captain Marvel (2019), który oznaczał pierwszy film Marvel Studios kierowany przez kobiety. Choć początkowo sceptycznie podchodziła do przyjęcia tak wysoko postawionej roli, zgodziła się po postrzeganiu jej jako platformy do wzmocnienia pozycji młodych kobiet i znalazła połączenie z wadami i człowieczeństwem postaci. Przygotowując się do roli, przez dziewięć miesięcy trenowała judo, boks i zapasy, a także kontaktowała się z personelem wojskowym w bazie sił powietrznych Nellis. Stephanie Zacharek z Time’a napisała, że „Larson, spostrzegawcza, spokojna aktorka, sprawnie prowadzi całą sprawę” i zwróciła uwagę na to, jak bardzo wyróżniała się w spokojniejszych momentach filmu; David Sims z The Atlantic ubolewał nad brakiem głębi w jej roli, ale pochwalił aktorkę za skuteczne sportretowanie walki jej bohaterki o niezależność od autorytarnych mężczyzn. Larson powtórzyła swoją rolę w Avengers: Endgame, który nakręciła przed Kapitan Marvel. Endgame zarobił 2,79 miliarda dolarów na całym świecie, aby uplasować się jako najlepiej zarabiający film wszech czasów, a Kapitan Marvel stał się pierwszym prowadzonym przez kobiety filmem superbohaterskim, który zebrał ponad 1 miliard dolarów na całym świecie.
Także w 2019 roku Larson po raz trzeci połączył się z Destinem Danielem Crettonem w Just Mercy, opartym na pamiętniku Bryana Stevensona o niesłusznym skazaniu więźnia celi śmierci Waltera McMilliana, z udziałem Michaela B. Jordana i Jamiego Foxxa. Zgodziła się wcielić w drugoplanową rolę Evy Ansley, rzeczniczki Equal Justice Initiative, aby wesprzeć Crettona w opowiadaniu historii. Pisząc dla Variety, Owen Gleiberman zauważył, jak dobrze oddała „nerwową, palącą papierosy defensywę” swojej bohaterki. W następnym roku Larson wyprodukowała i wystąpiła w odcinku The Messy Truth VR Experience, serialu o wirtualnej rzeczywistości, za który zdobyła nagrodę Primetime Emmy Award for Outstanding Original Interactive Program.
Nadchodzące projekty
Larson zobowiązała się do ponownego wcielenia się w rolę Danvers w nadchodzącym sequelu oryginalnego filmu Captain Marvel. Ma również trzy nadchodzące projekty dla telewizji streamingowej. Będzie służyć jako producent i gwiazda jako Victoria Woodhull, pierwsza kobieta kandydująca na prezydenta w historii USA, w tytułowym biopicu produkowanym przez Amazon Studios. Larson wystąpi również w serialu dramatycznym Apple TV+ opartym na życiu oficera CIA Amaryllis Fox oraz w filmie Netflixa Lady Business, opowiadającym o wyzwaniach stojących przed kobietami-przedsiębiorcami.